学年高中生物第4章遗传的分子基础第2节DNA分子的结构和复制第2课时DNA分子的复制学案.docx
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学年高中生物第4章遗传的分子基础第2节DNA分子的结构和复制第2课时DNA分子的复制学案
第2课时 DNA分子的复制
1．阐明DNA分子的复制过程、特点。
（重点）
2．通过探究DNA复制活动，培养抽象思维能力。
（难点）
3．探讨DNA复制的生物学意义。
DNA分子复制的过程及特点
1．DNA分子复制的含义及复制方式的证明
（1）含义
以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分子的过程。
（2）DNA复制方式的证明
①方法
同位素示踪法。
②原理
含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA分子密度居中。
③过程
a．用放射性同位素15N标记大肠杆菌的DNA。
b．将被标记的大肠杆菌转入以含14N物质为唯一氮源的培养液中培养。
c．分别取完成一次细胞分裂和二次细胞分裂的大肠杆菌，并将其中的DNA分子分离出来，进行密度梯度超速离心和分析。
④结果
⑤结论
DNA的复制方式为半保留复制。
2．DNA分子复制的过程
（1）时期：
细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期。
（2）场所：
主要是细胞核。
（3）条件：
①模板：
DNA分子的两条链。
②原料：
游离的4种脱氧核苷酸。
③能量：
ATP。
④酶：
解旋酶、DNA聚合酶等。
（4）过程
（5）特点
①边解旋边复制；②半保留复制。
（6）准确复制的原因和意义
①原因
a．DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板；
b．通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。
②意义：
使遗传信息从亲代传给子代，从而确保了遗传信息的连续性。
探讨
：
图中A、B、C分别表示什么过程？
【提示】 A：
解旋；B：
合成子链；C：
形成子代DNA。
探讨
：
碱基互补配对原则是怎样的？
【提示】 A与T、T与A、C与G、G与C配对。
探讨
：
子代DNA分子中是否含有亲代DNA?
【提示】 子代DNA分子是由亲代DNA的一条单链和新合成的子代DNA单链共同组成的。
探讨
：
图中过程是否一定准确无误？
【提示】 不一定，可能出现差异。
1．不同生物的DNA分子复制的场所
病毒：
在活的宿主细胞内
2．DNA复制所需的酶：
是指一个酶系统，不仅仅是指解旋酶和DNA聚合酶，还包括DNA连接酶等。
（1）解旋酶的作用是破坏碱基间的氢键。
（2）DNA聚合酶的作用是连接游离的脱氧核苷酸。
（3）DNA连接酶的作用是连接DNA片段。
3．DNA复制后两DNA分子的位置
核DNA复制后位于两姐妹染色单体上。
4．子DNA分开的时间及去向
细胞分裂过程中，细胞核中两个子DNA随着丝点分裂姐妹染色单体分开而分开，即两个子DNA分开于有丝分裂后期或减数第二次分裂后期。
5．DNA分子复制对DNA作为遗传物质的意义
（1）边解旋、边复制，多个起点同时进行，节省时间、效率高。
（2）新DNA分子双链为“一母一子”，因此复制更为精确，使遗传信息更加稳定。
稳定的遗传信息从亲代传递给子代，从而使生物的前后代保持了一定的连续性。
巧记DNA分子复制的“一、二、三、四”
1．（2016·无锡高一检测）下列关于DNA复制的叙述，正确的是（ ）
A．在细胞有丝分裂间期和减数第一次分裂的间期，发生DNA复制
B．DNA通过一次复制后产生4个DNA分子
C．DNA双螺旋结构全部解旋后，才开始复制
D．单个脱氧核苷酸在DNA解旋酶的作用下连接合成新的子链
【解析】 DNA通过一次复制后产生2个DNA分子；DNA分子复制时，边解旋边复制；单个脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下连接合成新的子链。
【答案】 A
2．如图为真核生物染色体上DNA分子复制过程示意图，有关叙述错误的是（ ）
A．图中DNA分子复制是从多个起点同时开始的
B．图中DNA分子复制是边解旋边双向复制的
C．真核生物DNA分子复制过程需要解旋酶
D．真核生物的这种复制方式提高了复制速率
【解析】 图中DNA分子的复制是从多个起点开始的，但并不是同时开始的。
图中DNA分子的复制是边解旋（需解旋酶）边双向复制的。
【答案】 A
DNA半保留复制的实验分析及相关计算
下图表示一个被15N标记的DNA分子在14N的环境中，经过两次有丝分裂时，细胞中染色体和DNA的变化情况。
探讨
：
经过两次有丝分裂，该DNA分子共复制出几条DNA分子？
分别是哪一种？
【提示】 4条，分别是：
15N－14N、14N－14N、15N－14N、14N－14N。
探讨
：
第二次分裂后子细胞中有无含15N的DNA?
【提示】 有一半细胞含有15N的DNA。
探讨
：
第二次有丝分裂中期染色体是否被15N标记？
【提示】 由图可知，第二次有丝分裂中期细胞中染色体已经复制（如图e），两条染色单体中有一条含有15N。
1．DNA半保留复制的实验分析
（1）实验预期：
离心后出现3条DNA带。
①重链带（密度最大，最靠近试管底部）：
15N标记的亲代双链DNA（15N/15N）。
②杂合链带（密度居中，位置也居中，也称中带）：
一条链为15N标记、另一条链为14N标记的子代双链DNA（15N/14N）。
③轻链带（密度最小，离试管底部最远）：
两条链都为14N标记的子代双链DNA（14N/14N）。
（2）实验结果分析
亲代的结果说明DNA分子还没有复制；子一代试管中为杂合链带说明DNA复制了一次。
子二代试管中既有杂合链带又有轻链带，说明这时DNA分子复制了两次。
（3）结论：
DNA复制时总是保留一条母链，新合成一条子链，这样的复制方式叫做半保留复制。
2．一个DNA分子无论复制多少代，DNA原有的两条链不变，一直作为模板，分别进入两个子代DNA分子中。
已知某全部N原子被15N标记的DNA分子作为亲代，转移到含14N的培养基中培养复制若干代，其结果分析如表：
世代
DNA分子结构特点
DNA中脱氧核
苷酸链的特点
分子总数
细胞中
的DNA
分子在
离心管
中的位置
不同DNA分子占全
部DNA分子之比
链的总数
含14N、15N
链占全部
链数之比
仅含
15N
含14N、
15N
仅含
14N
含
15N
含
14N
亲代
1
全部在
下部
1
0
0
2
1
0
1
2
全部在
中部
0
1
0
4
1/2
1/2
2
4
1/2中部，
1/2上部
0
1/2
1/2
8
1/4
3/4
3
8
1/4中部，
3/4上部
0
1/4
3/4
16
1/8
7/8
n
2n
中部，
1－
上部
0
1－
2n＋1
1－
3.DNA的复制为半保留复制，一个DNA分子复制n次，则有：
（1）DNA分子数
①子代DNA分子数＝2n个。
②含有亲代DNA链的子代DNA分子数＝2个。
③不含亲代链的子代DNA分子数＝（2n－2）个。
（2）脱氧核苷酸链数
①子代DNA分子中脱氧核苷酸链数＝2n＋1条。
②亲代脱氧核苷酸链数＝2条。
③新合成的脱氧核苷酸链数＝（2n＋1－2）条。
（3）消耗的脱氧核苷酸数
若一亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则：
①经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m·（2n－1）个。
②第n次复制时，需消耗游离的该脱氧核苷酸m·2n－1个。
4．与染色体、细胞数目相关的计算
研究DNA分子的半保留复制时，常涉及计算后代带放射性标记的DNA、染色体或细胞所占比例的问题，此时要注意：
（1）一个DNA分子含两条DNA链，只要有一条DNA链带标记该DNA分子便带标记。
（2）每条染色体含一个或两个DNA分子，只要有一条DNA链带标记，该染色体便带标记。
（3）每个细胞含多条染色体，每条染色体的情况是一样的，只需分析一条染色体（减数分裂时只需分析一对同源染色体）即可。
1．已知一条完全标记上15N的DNA分子在含14N的培养基中经n次复制后，仅含14N的DNA分子总数与含15N的DNA分子总数之比为7∶l，则n是（ ）
A．2 B．3
C．4 D．5
【解析】 DNA分子复制是半保留复制，所以无论这个DNA分子复制多少次，总有两个DNA分子各有一条链带有15N标记，因此仅含14N的DNA分子总数应为14个，复制n次后，共得到16个DNA分子；由公式2n＝16可知DNA分子复制了4次。
【答案】 C
2．若用32P标记人的“类胚胎干细胞”的DNA分子双链，再将这些细胞转入不含32P的培养液中培养，在第二次细胞分裂的中期、后期，一个细胞中的染色体总数和被32P标记的染色体数分别是（ ）【导学号：
21920042】
A．中期是46和46、后期是92和46
B．中期是46和46、后期是92和92
C．中期是46和23、后期是92和23
D．中期是46和23、后期是46和23
【解析】 “类胚胎干细胞”进行有丝分裂，根据题意可知，第一次有丝分裂的结果为每个DNA分子一条链含有32P，另一条链含有31P，所以第二次有丝分裂中期染色体总数为46条，每条染色体都有32P标记，其中每条染色体含有两条姐妹染色单体，一条染色单体DNA两条链含有31P，另一条染色单体DNA一条链含有32P，另一条链含有31P；第二次有丝分裂后期，着丝点分裂，染色单体分开，染色体总数为92，其中46条含有32P标记。
【答案】 A
3．含有32P和含31P的磷酸，两者化学性质相同，都可参与DNA分子的组成，但32P比31P质量大。
将某哺乳动物的细胞放在含有31P的培养基中，连续培养数代后得到G0代细胞，然后将G0代细胞移到含有32P的培养基中培养，经过第一、二次细胞分裂后，分别得到G1、G2代细胞。
再从G0、G1、G2代细胞中提取出DNA，经密度梯度离心后得到的结果如下图所示。
由于DNA分子质量不同，因此在离心管内的分布不同。
若①②③分别表示轻、中、重3种DNA分子的位置，请回答下列问题：
（1）G0、G1、G2三代DNA分子离心后的试管分别是图中的：
G0________；G1________；G2________。
（2）图中①②两条带中DNA分子所含的同位素P分别是：
条带①________，条带②________。
（3）上述实验结果证明DNA的复制方式是________。
DNA的自我复制能使生物的________保持相对稳定。
【解析】 32P是31P的同位素，分子量要比31P大，32P－DNA分子最重，在试管的最下部；31P－DNA分子最轻，在试管的最上部；一条链含32P，另一条链含31P的DNA分子质量居中，位于试管的中间。
分析过程可参考下图（以1个DNA分子为例）。
【答案】
（1）A B D
（2）31P 31P和32P
（3）半保留复制 遗传特性
1．（2016·徐州高一检测）有关DNA复制的叙述，正确的是（ ）
A．有丝分裂分裂期和减数分裂过程中进行复制
B．全部解旋之后才开始碱基配对
C．复制后每个新DNA分子含一条母链和一条子链
D．复制的场所是细胞核和核糖体
【解析】 DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂前的间期；DNA复制的特点之一是边解旋边复制；DNA复制方式是半保留复制，即复制后每个新DNA分子含一条母链和一条子链；复制的场所主要是细胞核，此外在线粒体和叶绿体中也能进行DNA的复制。
【答案】 C
2．（2016·深圳高一检测）DNA分子的半保留复制方式使DNA（ ）
A．分子结构具有相对稳定性
B．能精确地进行自我复制，保证代与代之间的连续性
C．能够精确地指导蛋白质合成
D．产生可遗传变异的机会
【解析】 DNA分子的半保留复制方式使DNA能精确地进行自我复制，保证代与代之间的连续性。
【答案】 B
3．在DNA复制过程中，保证复制准确无误进行的关键步骤是（ ）
【导学号：
21920043】
A．解旋酶破坏氢键并使DNA双链分开
B．游离的脱氧核苷酸与母链碱基互补配对
C．与模板链配对的游离脱氧核苷酸连接成子链
D．子链与模板链盘绕成双螺旋结构
【解析】 DNA精确复制的原因一方面是DNA分子独特的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，二是通过碱基互补配对，保证了复制能够精确地进行。
【答案】 B
4．若有一个控制有利性状的DNA分子片段为
，要使其数量增多，可进行人工复制，复制时应给予的条件错误的是（ ）
A．ATGTG或TACAC单链
B．4种脱氧核苷酸（A、U、G、C）
C．解旋酶和DNA聚合酶等
D．能量
【解析】 模板来自已知DNA分子片段的单链ATGTG或TACAC；原料为组成DNA分子的基本单位——含A、T、G、C的4种脱氧核苷酸；酶包括解旋酶和DNA聚合酶等。
【答案】 B
5．（2016·无锡高一检测）某DNA分子共有a个碱基对，其中含胞嘧啶m个，则该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数为（ ）
A．7（2a－m）B．8（a－m）
C．7（a－m）D．8（2a－m）
【解析】 在DNA分子中，遵循碱基互补配对原则，其中A＝T，G＝C，题中所给C＝m（个），则T＝（2a－2m）/2＝a－m（个）。
该DNA分子复制3次，需要游离的胸腺嘧啶脱氧核苷酸数＝23×（a－m）－（a－m）＝7（a－m）。
【答案】 C
课堂小结：
网络构建
核心回扣
1.DNA复制发生在有丝分裂间期和减数第一次分裂间期。
2．新合成的每一个DNA分子都保留了亲代DNA分子的一条链。
3．DNA分子的双螺旋结构为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对保证了复制能够精确地进行。
4．DNA分子复制时是边解旋边复制。
5．DNA分子通过复制，将遗传信息传递给子代。
学业分层测评
（建议用时：
45分钟）
[学业达标]
1．沃森和克里克在发表了DNA分子双螺旋结构的论文后，又提出了DNA自我复制的假说。
下列有关假说内容的叙述不正确的是（ ）
A．DNA复制时，双螺旋将解开，互补的碱基之间的氢键断裂
B．以解开的两条单链为模板，以游离的脱氧核苷酸为原料，依据碱基互补配对原则，通过氢键结合到作为模板的单链上
C．形成的DNA分子包括一条模板单链和一条新链
D．形成的两个DNA分子是由两条母链、两条子链分别结合而成
【解析】 沃森和克里克提出的DNA自我复制的假说为半保留复制，即形成的DNA分子包括一条母链和一条子链。
【答案】 D
2．（2016·嘉兴高一检测）如果把某细胞中的一个DNA分子用重氢标记，这个细胞连续进行3次有丝分裂，则含有标记链的DNA分子数和细胞总数分别是
（ ）
A．2,2 B．4,2
C．2,8 D．4,8
【解析】 有丝分裂中，一个细胞分裂形成两个细胞，因此1个细胞连续进行3次有丝分裂，结果形成8个细胞。
由于DNA分子是半保留复制，用重氢标记某细胞中的一个DNA分子，该DNA分子的两条标记链始终存在于2个子代DNA分子中。
故本题选C。
【答案】 C
3．（2016·深圳高一检测）研究人员利用一种量化单分子测序技术，探测到人类细胞中一类新型小分子RNA，在基因转录方面代表着一个全新的种类，并证实了哺乳动物细胞能通过直接复制RNA分子来合成RNA。
下列关于RNA复制的说法中，正确的是（ ）【导学号：
21920044】
A．需要4种游离的脱氧核苷酸为原料
B．所需能量主要通过有氧呼吸产生
C．需要DNA聚合酶催化
D．具有半保留复制的特点
【解析】 RNA复制需要以核糖核苷酸为原料；催化DNA复制的酶为DNA聚合酶，RNA复制不需要DNA聚合酶催化；RNA一般为单链，不具有半保留复制特点。
【答案】 B
4．如图表示DNA分子复制的片段，图中a、b、c、d表示各条脱氧核苷酸链。
一般地说，下列各项中正确的是（ ）
A．a和c的碱基序列互补，b和c的碱基序列相同
B．a链中
的比值与d链中同项比值相同
C．a链中
的比值与b链中同项比值相同
D．a链中
的比值与c链中同项比值不同
【解析】 DNA复制的特点是半保留复制，b链是以a链为模板合成的，a链和b链合成一个子代DNA分子，a链中
的值等于b链中
的值。
【答案】 C
5．如图所示为DNA分子复制的片段，一般地说，下列叙述正确的是（ ）
A．复制出四个DNA分子
B．a和c的碱基序列互补
C．b和c的碱基序列相同
D．b和d的碱基序列相同
【解析】 由图示可知，DNA复制了一次，形成两个DNA分子，以a链为模板合成由a链、b链构成的子代DNA，以d链为模板合成由c链、d链构成的子代DNA，两个子代DNA分子中，a链和c链碱基序列相同，b链和d链碱基序列相同。
【答案】 D
6．把培养在含轻氮（14N）环境中的细菌转移到含重氮（15N）的环境中培养相当于繁殖一代的时间，然后放回原来的环境中培养相当于连续繁殖两代的时间后，分析细菌DNA分子组成，则正确答案应为（ ）
选项
DNA分子
轻氮型
中间型
重氮型
A
－
B
－
C
－
D
－
【解析】 细菌繁殖一代后，DNA分子为中间型，连续繁殖两代后，形成的8个DNA分子中，中间型有2个，占
；轻氮型有6个，占
。
【答案】 A
7．用15N标记含有100个碱基对的DNA分子，其中有胞嘧啶60个，该DNA分子在14N的培养基中连续复制5次。
下列有关判断错误的是（ ）
A．含有15N的DNA分子有两个
B．只含有14N的DNA分子占15/16
C．复制过程中需要腺嘌呤脱氧核苷酸1280个
D．复制结果共产生32个DNA分子
【解析】 该DNA分子共复制5次，DNA的总数应为25＝32个。
因为亲代DNA分子中两条脱氧核苷酸链都含有15N，复制后两条含有15N的脱氧核苷酸链不会消失，所以仍有2个DNA分子有15N，所占比率是2/32，其余都不含有15N，即只含有14N的DNA分子占（32－2）/32＝15/16。
因为C＝60，所以G＝60，那么A＋T＝100×2－60×2＝80，则A＝80/2＝40。
复制5次需要腺嘌呤脱氧核苷酸的数量为40×（25－1）＝1240个。
【答案】 C
8．某DNA分子中含有1000个碱基对（P元素只是32P）。
若将该DNA分子放在只含31P的脱氧核糖核苷酸的培养液中让其复制两次，则子代DNA分子的相对分子质量平均比原来（ ）
A．减少1500B．增加1500
C．增加1000D．减少1000
【解析】 复制两次后形成4个DNA分子，8条单链中有6条含31P,2条含32P，相对分子质量平均减少
＝1500。
【答案】 A
9．（2016·盐城高一检测）细菌在15N培养基中繁殖数代后，使细菌DNA的含氮碱基皆含有15N，然后再移入14N培养基中培养，抽取其子代DNA经高速离心分离，下图①～⑤为可能的结果，黑色带的宽窄代表DNA量的多少，下列叙述不正确的是（ ）
A．第一次分裂的子代DNA应为⑤
B．第二次分裂的子代DNA应为①
C．第三次分裂的子代DNA应为③
D．亲代的DNA应为⑤
【解析】 按一个细菌中含有1个DNA分子计，第一次分裂后的两个DNA分子均为15N/14NDNA，在试管中的位置是②，故A项错；第二次分裂后4个DNA中两个为15N/14NDNA，两个为14N/14NDNA，在试管中的位置是①，B项正确；第三次分裂后形成8个DNA分子，两个为15N/14NDNA,6个为14N/14NDNA，应该是图示的③，C项正确；亲代的DNA均为15N/15NDNA，是图⑤所示，D项正确。
【答案】 A
10．如图是DNA分子复制的图解，请据图回答：
（1）图中的[1]表示________过程，需要________酶的作用。
（2）图中的[2]过程表示以母链为模板进行的碱基的互补配对，参与配对的物质是游离在周围的________。
（3）图中的[3]过程表示形成两个新的________分子，参与此过程的酶有________等。
（4）DNA复制一般是严格的________复制，DNA复制的遗传学意义是为________在亲子代之间的________准备了物质基础。
【解析】 本题考查DNA分子复制的条件、过程及意义。
（1）DNA分子的复制是一个边解旋边复制的过程，复制时首先在解旋酶的作用下，双链解开。
（2）DNA复制的模板是原DNA分子的两条链，原料是4种脱氧核苷酸。
（3）新链合成时需要DNA聚合酶等的催化，并且消耗能量。
（4）DNA复制产生的子代DNA与亲代DNA完全相同，保证了遗传信息准确地传给后代，保持了亲子代间遗传信息的连续性。
【答案】
（1）解旋 解旋
（2）脱氧核苷酸
（3）DNA DNA聚合酶
（4）半保留 遗传信息 传递
[能力提升]
11．如图为真核细胞DNA复制过程模式图。
据图分析，下列相关叙述中错误的是（ ）
A．由图示得知，DNA分子复制的方式是半保留复制
B．从图中可以看出合成两条子链时，DNA聚合酶移动的方向是相反的
C．子链合成的方向是一定的
D．解旋需解旋酶及DNA聚合酶的催化，且需要消耗ATP
【解析】 由图示可知，新合成的每个DNA分子中，都保留了原来DNA分子中的一条链，因此复制的方式是半保留复制；由图中的箭头可知，DNA聚合酶移动的方向是相反的；子链合成的方向是一定的，即只能从5′端到3′端；解旋不需要DNA聚合酶的催化。
【答案】 D
12．（2016·湖北孝感二模）某基因（14N）含有3000个碱基，腺嘌呤占35%。
若该DNA分子以15N同位素标记的游离脱氧核苷酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到结果如图①；然后加入解旋酶再离心，得到结果如图②。
则下列有关分析正确的是（ ）
A．X层中的基因只用14N标记，Y层中的基因只用15N标记
B．W层中含15N标记的胞嘧啶3150个
C．W层与Z层的核苷酸数之比为1∶4
D．X层中含有的氢键数是Y层的3倍
【解析】 DNA分子的复制是半保留复制，复制3次后，共有8个DNA分子，其中有2个DNA分子的一条链含有14N，另一条链含15N，另外6个DNA分子只含有15N，离心后，含14N的位于X层（也含有15N），只含15N的位于Y层，A错误；一个DNA分子中含有A（腺嘌呤）＝T＝3000×35%＝1050个，G＝C＝（3000－1050×2）/2＝450，解旋酶解旋离心后，含14N的2条链位于Z层，其他14条链含15N位于W层，相当于7个完整DNA分子量，W层中含15N标记的胞嘧啶是450×7＝3150个，B正确；W层与Z层的核苷酸数之比为7∶1，C错误；X层中含有的氢键数与Y层的氢键数比为2∶6，Y层中含有的氢键数是X层的3倍，D错误。
【答案】 B
13．如图是大肠杆菌的DNA复制示意图。
如果是单起点单向复制，按正常的子链延伸速度，此DNA分子复制约需30s，而实际上复制从开始到结束只需约16s。
据图分析，下列说法不正确的是（ ）
A．“甲→乙”的场所与真核生物的DNA分子复制场所不同
B．实际复制的时间之所以减半，是因为该DNA分子是从一个起点开始向两个方向复制的
C．把甲放在含15N的培
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